(57)【要約】【課題】この発明は、使用し続けても光触媒を設けた表面に藻などの付着を生じることなく、長期間に渡って光触媒の分解作用を維持できる水浄化装置および水浄化方法を提供することを目的とする。【解決手段】上述の課題を解決するため、この発明の水浄化装置１は、表面に光触媒を設けた水浄化手段３と、水浄化手段を保持する浮き２と、前記水浄化手段３を水面上と水面下に上げ下げする昇降手段１２とを有し、この昇降手段１２によって水浄化手段３を水面上と水面下に上げ下げすることにより光触媒を設けた表面に藻などの付着を生じることを防止するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に光触媒を設けた水浄化手段と、水浄化手段を保持する浮きと、前記水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げする昇降手段とを有する水浄化装置。
【請求項２】
昇降手段を制御する制御手段を有し、予め定められたスケジュールに従って前記水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げする請求項１に記載の水浄化装置。
【請求項３】
水浄化手段が光触媒を設けた複数のパネルを水面に対して立てた状態で配置したものである請求項１または請求項２に記載の水浄化装置。
【請求項４】
水浄化手段が光触媒を設けた多孔質セラミック板を放射状に配置したものである請求項３に記載の水浄化装置。
【請求項５】
放射状に配置された多孔質セラミック板の中心へ向いた水の流れを作るための水吸引手段を有する請求項４に記載の水浄化装置。
【請求項６】
表面に光触媒を設けた水浄化手段を浮きにより水中で水面近くに設け、光触媒によって水中の有機物を分解するとともに、昇降手段によって前記水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げする水浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水浄化装置および水浄化方法に関するもので、特に、貯水池やダム、或いは貯水槽等の水の浄化又は汚染の防止に関するものである
【背景技術】
【０００２】
従来貯水池やダムの水を浄化する技術としては、上水道として飲料水を供給する前に浄水場で浄化を行っている。従って、水源である貯水池やダム等ほとんどの水源においては、特に浄化の措置は行われていない。かかる浄化方法によれば、上水道により供給される水は一定の水準を保つことができるであろうが、貯水池やその下流の河川において汚染された水による生態系等への悪影響を防止することはできない。また、富栄養化が進んでアオコが発生したりするとカビ臭や毒素を発生させる場合もあり、このようアオコを発生させる藻類は水源地から除去することが望ましい。さらに、水が貯水池やダムにあるうちに浄化しておけば、その後の浄水場での処理も容易になり、トリハロメタン等を発生させる要因になる塩素の使用も減らすことができる
【０００３】
城の周辺の堀や公園の池等は、都市部に多く存在しており、生活廃水等が流入することで汚濁が進みやすいが、このような場所では汚染による臭いの除去が強く求められる。しかし、城や多くの公園は文化財としての価値が高く、その価値や景観を損なわないようにしなければならないという制約があるので、そこに大規模な浄化設備を建設することは困難である。
【０００４】
広大な水面において適用して水を浄化する方法として、特許文献１にて光触媒を表面に担持した筏を水に浮かべ太陽光による光照射時の光触媒反応に基づく酸化力を利用して、水に浮遊している微生物を死滅させることが提案されている。同様に、特許文献２、特許文献３にも光触媒を浮きによって水面に浮かせて、水を浄化する技術が記載されている。これらの水浄化技術は、光触媒により太陽光のエネルギーを利用して、水中の有機物を分解することにより水を浄化しようとするものである。
【特許文献１】特開平１１−１０４６２９号公報
【特許文献２】特開２００１−７９５４５号公報
【特許文献３】国際公開第０３／０２０６４６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１ないし３に記載された水浄化技術は、いずれも光触媒により太陽光のエネルギーを利用して、水中の有機物を分解するものであり、光触媒が有効に働く限り有効に水の浄化を行えるものである。これらの水分解手段は、設置した直後は有効に作用するであろうし、その水域の汚れが小さくかつ十分な太陽光が作用している間は効果は持続するであろう。しかし、浄化装置を設置後、時間が経過するにつれて表面に藻などが付着し始める。富栄養化した水域では藻などの付着速度が光触媒による分解速度を上回り、次第に光触媒に光が届かなくなり、ついには完全に藻などに覆われて光触媒の分解作用が停止する。こうなると、水浄化手段を一旦回収し、表面を洗浄して付着物を除去しない限り、光触媒による水の浄化を再開することができない。しかし、このような水浄化手段の回収・洗浄・再設置は大きな労力を要するものである。
【０００６】
この発明は、使用し続けても光触媒を設けた表面に藻などの付着や堆積を生じることなく、長期間に渡って光触媒の分解作用を維持できる水浄化装置および水浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、この発明の水浄化装置は、表面に光触媒を設けた水浄化手段と、水浄化手段を保持する浮きと、前記水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げする昇降手段とを有するものである。昇降手段を制御する制御手段を有し、予め定められたスケジュールに従って前記水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げするものであってもよい。水浄化手段は、光触媒を設けた複数のパネルを水面に対して立てた状態で配置したものとしてもよく、あるいは、光触媒を設けた多孔質セラミック板を放射状に配置したものとすることもできる。さらに、放射状に配置された多孔質セラミック板の中心へ向いた水の流れを作るための水吸引手段を設けてもよい。
【０００８】
また、この発明の水浄化方法は、表面に光触媒を設けた水浄化手段を浮きにより水中で水面近くに設け、光触媒によって水中の有機物を分解するとともに、昇降手段によって前記水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の水浄化装置は、昇降手段によって水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げすることにより、水浄化手段の表面を覆うまでに藻の付着が進行することを防止し、光触媒による有機物の分解作用を長期間に渡って維持できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は水浄化装置の正面断面図であり、水浄化手段が水中に保持されている状態を示し、図２は同平面図である。図３は水浄化装置の正面断面図であり、水浄化手段が水面上に浮上している状態を示す。本発明に係る水浄化装置１は浮き２を備え、水浄化手段３を水中で水面近くの位置に保持する。
【００１１】
水浄化手段３はプラスチック、ステンレス、或いは鋼板等のパネルにより構成されしてもよく、円筒条の部材や網状の部材であってもよい。ここでは、多数の多孔質のセラミック板よりなるパネル４を水面に対して垂直に立てて、放射状に配置している。このように、パネル４を垂直に立てて放射状に配置することにより、水平な配置に比べ光触媒の表面積の拡大をはかるとともに、浄化前後の水の効果的な拡散・循環を得ることができる。また、放射状に配置したパネル４に加え、このパネルにほぼ直交するようなパネルも加え、上から見て網目状の構成にして表面積をさらに大きくすることもできる。さらに放射状以外の配置でもよく、例えば水の流れに平行に並べるような配置でもよい。このパネル４の大きさ及び枚数は設置する場所の深さや汚染の度合い等により適宜決めればよいが、高さを大きくしても下部には太陽光が届きにくくなるので、横長にして水面付近の面積を大きくするようにすることが好ましい。
【００１２】
この水浄化手段３の表面には光触媒が設けられている。光触媒としてセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、そして酸化チタン（ＴｉＯ２）等が可能である。これらの光触媒は特定の波長の光を受けることによりその酸化分解力で水中の汚染物質や微生物を分解する。光触媒は触媒の一種としてこの分解反応を作用させるものであり、反応により消耗されない。したがって、水浄化手段３の表面からはがれるようなことがない限り、水の浄化を継続することができる。上述の光触媒のうち、太陽光を利用するという本発明の性質から、太陽光に含まれる紫外線によって光触媒作用を起こす酸化チタンが適している。すなわち、酸化チタンの３種類の異性体であるアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型のうち、アナターゼ型とブルッカイト型がより高い光触媒活性を持つ。このうち、特にアナターゼ型が工業用に利用されており入手性もよく、より適している。パネル４の基材がアルミニウムやステンレスであるときは酸化チタン溶液を付着させたあと高温焼結により表面に膜を形成させればよく、パネルの基材がプラスチックであるときは塗布により中間層とその外部の酸化チタン含有層の２層コーティングを形成する。本例では空隙が多く網目状の組織を有する多孔質セラミック板をパネル４に用いており、この多孔質セラミック板の網目状の組織の表面に酸化チタンが設けられており、ステンレス等の平板な表面のパネルに比べ酸化チタン膜の面積は著しく大きくなっている。また、網目状の組織の内部まで水は浸透し、水中に拡散した有機物が光触媒に接触しやいので、浄化能力は高い。
【００１３】
水浄化手段１は、送水手段５を有している。この例には送水管６が底層部から水面付近まで設けられており、上部は放射状に配置されたパネル４の配列の中心近くで開口している。また、送水管６の開口部のやや下にはブロワー７より空気を送るための送気管８が接続されている。この送気管８には第１電磁弁９が設けられており、ブロワー７が作動しかつ第１電磁弁９が開かれていると送気管８より空気が送水管６へ送られ、送水管６の上部では空気と水により上向きの二相流が発生する。この作用によって送水管６全体に上向きの水の流れが発生し、底層部の水は汲み上げられ、放射状のパネル４の配列の中心部に排出され、パネル４に沿って四方八方へ送られる。このようにして、底層部の水を効率よく水浄化手段３に送って浄化処理をし、浄化された水をその水域に広げるという水の循環を行う。
【００１４】
なお、送水手段５は水を上部から下部へ送るように構成してもよい。ポンプ（図示省略）等により水を上部開口部から吸引して底層部へ排出するようにし、水面付近において放射状に配置された多孔性セラミック板の中心へ向いた水の流れを作るようにする。これにより、アオコを発生させる藍藻が多く含まれる表層部の水を水浄化手段４に集中的に送り、藍藻を効率よく光触媒に接触させてその活性を低下させて、アオコの発生を防止する。また、水浄化装置１から離れた場所の表層部より水を吸引し、放射状のパネル４の配列の中心部に排出して、パネル４に沿って四方八方へ送ってもよい。
【００１５】
水浄化装置１全体および送水管６はそれぞれアンカー１０，１１によって固定され、流されることなく設置された位置にとどまるようになっている。
【００１６】
この発明の水浄化装置１は、さらに昇降手段１２を有する。この例においては、昇降手段１２は昇降用空気室１３を有しており、吸排気管１４によってブロワー７と接続されている。昇降用空気室１３は底部に吸排水口１３ａを有する。水の浄化を行うときには昇降用空気室１３は水で満たされており、吸排気管１４に設けられた第２電磁弁１５は閉じている。この状態で、水浄化手段３のパネル４は水中で水面近くに保持されるようになっている。
【００１７】
第２電磁弁１５を開き、ブロワー７を作動させることにより、吸排気管１４を通して空気が昇降用空気室１３に送られる。昇降用空気室１３内にあった水は吸排水口１３ａより押し出され、昇降用空気室１３は次第に空気で満たされることによって浮力を得る。この浮力によって、水浄化手段４は図３に示すように水面上に持ち上げられる。
【００１８】
次に、第２電磁弁１５を開きブロワー７を停止させ、吸排気管１４を通して空気が昇降用空気室１３から排出できるようにすると、吸排水口１３ａより昇降用空気室１３内に水が流入し、再び昇降用空気室１３は水で満たされ、水浄化手段４は水面下に下降する。
【００１９】
このブロワー７と第２電磁弁１５は、制御手段１６によって制御され、プログラムによって所定のスケジュールにしたがって水浄化手段４の上昇・下降が行われる。
【００２０】
ついで、上述の水浄化装置を用いて水を浄化する方法について説明する。浄化を行おうとする貯水池やダム、或いは大型の貯水槽に水浄化装置１を設置する。設置する水浄化装置１の間隔は光触媒が設けられた表面の面積や水の汚れの具合、その場所の日射量等を考慮して適宜決める。浮き２により水浄化手段３は水面に保持されるが、光触媒を設けたパネル４の上部がなるべく水面に近くなるようにする。そして、その位置から移動しないようアンカー１１、１２で固定する。以上で水浄化装置１は設置される。
【００２１】
第１電磁弁９を開き、ブロワー７により送水管６へ空気を供給して二相流を発生させ、底層部の水を汲み上げて、放射状のパネル４の配列の中心部に排出し、パネル４に沿って四方八方へ水を送る。この水はパネル４に沿って進行し、パネル４の内部にも浸透する。このようにして、浄化対象の水はパネル４に設けられた光触媒に接触する。光触媒膜は太陽光中の紫外線によって水中の有機物を分解し、水を浄化する。水浄化手段３を通過して浄化された水は四方へ分かれて移動する。この水の循環によって、浄化の範囲は広がり、少ない数の浄化装置で広いダム等の浄化を行うことができる。また、底層部の水を汲み上げる作用によって、底層部には酸素濃度の高い上層部の水が流入し、嫌気的な環境で起こる底層からのリン・マンガン・鉄等の水への溶出が抑制される。さらに、酸素が底層部へ流入することによって、好気性微生物も活性化する。
【００２２】
このようにして、光触媒作用によって水の浄化を行うが、長期間使用していると次第に藻などがパネルの光触媒上に付着し始める。この付着した藻なども光触媒によって分解されるが、日照や水中の栄養塩濃度などの条件によっては藻の付着速度の方が光触媒による分解速度を上回ることがある。この場合、藻の付着が進行して水浄化手段３の浄化力が低減し、最終的にはパネル４の光触媒が藻に覆われて、浄化作用が完全に停止する。これを防止するために、適宜昇降手段１３を作動させ、水浄化手段３を水面上へ上昇させる。このとき、パネル４から流れ落ちる水ととも付着しつつある藻も一部も流れ落ち、パネル４を洗浄する効果がある。水面上へ水浄化手段３を保持し続けることにより残った藻は乾燥し、繁殖が停止する。また、水面上では水中よりもより強い太陽光が当たり分解作用が向上するととも、大部分の水や反応基質が流れ落ちているために光触媒の分解作用が付着した藻などの有機物に集中的に働くので、藻などを有効に除去していく。
【００２３】
藻を十分に除去したら、昇降手段１３を作用させて水浄化手段を水面下に下降させ、再度水中での水浄化を行う。
【実施例１】
【００２４】
ついで、この発明の第一の実施例について説明する。この実施例においては、あらかじめ決められた一定の間隔で水浄化手段３を水面上に浮上させる。一定時間浮上した状態を維持した後に、水面下に下降させる。浮上の繰り返し間隔時間および浮上状態の維持時間は、対象水の汚濁度、日照量、浄化手段の浄化能力等に応じて適宜定める。
【実施例２】
【００２５】
この発明の第二の実施例について説明する。この実施例においては、水浄化手段３の浮上・下降の動作を短時間で数回繰り返し、その後、一定時間水中に保持して浄化を行うというサイクルを繰り返す。浮上・下降の動作を数回行うことにより、水中からの出し入れによる水浄化手段３の洗浄を効果的に行うものである。  
【実施例３】
【００２６】
この発明の第三の実施例について説明する。この実施例においては、水浄化手段３を夜間は水上に浮上させておき、日中は水面下に保持して水の浄化を行うものである。太陽光が当たらない夜間は光触媒が作用しないので水中に保持しても水の浄化が行えず、藻などの付着が進行するだけなので、夜間は水上に浮上させて藻などの付着を防止するものである。さらに、一晩中水上に置かれることにより付着物は乾燥し、藻などの生物は死滅させられる。
【実施例４】
【００２７】
この発明の第四の実施例について説明する。この実施例においては、光量センサーを設けて光量を測定し、光量が所定のしきい値以上のときには水浄化手段３を水中に保持して水の浄化を行い、光量がしきい値を下回る場合には水浄化手段３を水面上に浮上させる。これによって、太陽光の光量が多く光触媒による分解速度が藻の付着速度を上回ることが期待できるときには水中にて水を浄化し、藻の付着速度の方が大きいときは水面上において藻の付着を防止する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、貯水池やダム、或いは貯水槽等の広大な水面において大量の水を簡易かつ効果的に浄化できる。光触媒による汚染物質の分解には太陽光を利用するものであるため省エネルギーであり環境保護に合致しており、またランニングコストも低い。昇降手段によって水浄化手段を水面上と水面下に上げ下げすることによって、水浄化手段の表面に藻が付着して光触媒の作用を低下させることを防止するので、長期間に渡って効果的な水の浄化を行うことができる水浄化装置および水浄化方法として利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】水浄化装置の正面断面図であり、水浄化手段が水中に保持されている状態を示す。
【図２】同平面図である。
【図３】水浄化装置の正面断面図であり、水浄化手段が水面上に浮上している状態を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１．水浄化装置
２．浮き
３．水浄化手段
４．パネル
５．送水手段
６．送水管
７．ブロワー
８．送気管
１２．昇降手段
１６．制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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